铝锭铸造机喷涂系统结构设计

贾建国

(江苏华通动力重工有限公司 产品研发部，江苏 镇江 212003)

铝锭铸造机喷涂系统结构设计

贾建国

(江苏华通动力重工有限公司 产品研发部，江苏 镇江 212003)

铝锭铸造机喷涂系统对铸造浇铸系统的脱模至关重要，必须保证每块铸模内腔喷涂均匀，以方便热锭脱模。分析现有喷涂方式和喷枪结构，利用相对运动的原理设计新的喷涂方式和新型特殊结构的喷枪，并设计相应的控制系统。相较于现有方式与结构，新的喷涂方式和喷枪结构成本低、效率高。

铝锭铸造机；喷涂系统；喷枪；控制系统

铝锭连续铸造成套装备是有色工业电解铝生产中的关键技术装备，是专门用于生产重熔铝锭的自动化生产线，它可以一次完成铝锭铸造、冷却、堆垛、捆扎打包、成品运输等多道生产工序，是集机、电、光、液、气于一体的自动化成套冶金装备[1]。

近年来，我国的电解铝产量迅速提高，2010年已升至1.619×107t，其中绝大部分铝液需要通过铝锭连续铸造成套装备浇铸成型。国际市场铝的年产量和消费量为国内市场的5～7倍，尤其是近年来中东、南美、北美、非洲等地区铝的产量和消费量呈现快速增长的趋势，对铝锭连续铸造机的需求量持续增长。国内目前的主流设备是16 t/h的铝锭连续铸造生产线。近年来，通过国内厂商与各研究机构的努力，国产铝锭连续铸造生产装备的技术水平在“水波纹”、可靠性等方面较以往有所提高，但与国外技术水平差距仍较大，尚未完全掌握铝锭连续铸造自动化生产线的国际先进成套装备技术。国外发达国家如澳大利亚(O.D.T.)、瑞士(Maerz-Gautschi)等研制生产的铝锭连续铸造自动化生产线，生产量可达28～30 t/h，且机组可靠性高、自动化程度高，整套设备仅需2～3人。不过，该类设备的售价高达1 300万元/套，且维护费用高，影响和制约了该设备在国际市场上的竞争力。国内外市场的快速发展使国产铝锭连续铸造成套技术面临发展机遇和挑战。市场上迫切需要大吨位、高性价比的先进铝锭连续铸造自动化成套装备。

铝锭铸造机是典型的远距离水平双链式输送机，主要由机架、主电机、铸模、输送链、传动链、传动链轮、输送链轮、铝液分配器、溜槽、喷涂装置、打印机、脱模装置、接锭装置等组成[2]。喷涂系统处在铸造机的后端，是提高铝锭质量和便于脱模的核心装置，喷涂效果直接影响脱模操作。

1 铝锭铸造机总体设计方案

铸造车间混合炉内的铝液通过公用溜槽流入铝锭铸造机的船型溜槽，船型溜槽旁的铝液分配器和铸造机输送链轮同步运行，分配器将液态铝均匀浇铸到铸模中。铸模输送链可由操作者无级调速，以满足最高生产率的要求。当铸模在铸锭机和冷却输送机的结合部旋转铝锭时，通过脱模和接收装置，确保铝锭自动从铸模内脱出，并使铸锭顺利有序地落到冷却输送机上。根据上述铝锭铸造机的工艺流程，需要设计以下装置[2]：

1) 船形溜槽。船形溜槽安装在机架上，使铝液流向分配器。

2) 铝液分配器。通过中心部位的轴孔与轴相连，架设在铸造机机架之上，在滚轮的带动下作回转运动，使铝液均匀、平稳地流入溜槽。

3) 传动系统。通过直板滚子链式运输机带动安装在链条附件上的铸模运动。

4) 打印机。安装在铸造机机架上，可以把产品的生产日期、批号的数码打印在铝锭的表面。

5) 冷却系统。在运输机内部安装水槽，铸模底部浸泡在水面下做平移运动，实现对铝锭的间接冷却。

6) 脱模装置。安装在铸造机的端部，由气缸驱动抬起、落下捶击臂。

7) 接锭装置。安装在铸造机与冷却运输机的交接部位，将铸锭从铸造机移动至冷却运输机传动链上。

8) 喷涂系统。安装在铸造机尾部机架上，由搅拌设备、喷涂装置组成，气缸驱动喷枪喷涂作业。

2 喷涂系统新方案设计

喷涂系统对铸造浇铸系统的脱模至关重要。对铸模进行脱模剂喷涂工作，保证每块铸模内腔喷涂均匀。铸锭机的铸模在使用前需喷涂脱模剂，以方便热锭脱模。喷涂装置可与脱模剂相适应[3]。原有的喷涂系统是在铸模上方均匀放置2～3支喷枪，如图1所示，缺点是喷枪管头很细，易阻塞。

图1原有喷涂系统原理图

为了弥补原有系统的缺陷，利用相对运动原理，实现对铸模的近似直线喷涂。新喷涂系统原理图如图2所示，优势在于，用1支喷枪在气缸的驱动下往复运动，且运动路线呈一定斜度布置，不但节约了成本，而且操作简便，易维护。两种方案的主要区别如下：图1的设计中，3支喷枪分别位于铸模的3处位置喷涂；图2的设计中，喷枪由气缸驱动， 运动路线呈倾斜15°布置，由于气缸驱动喷枪的速度比铸模移动速度快，加上喷枪的雾化作用，可以实现近似直线喷涂，且喷涂均匀。

图2新喷涂系统原理图

3 喷枪方案设计

传统的压缩空气喷枪工作原理如图3所示，喷管比较长。铸造机使用的涂料是由70%的机油、20%的铝粉、10%的石墨粉混合而成的，黏度比较大[4]，若用传统的喷枪，容易出现比较严重的堵塞现象，影响生产效率。

图3传统的压缩空气喷枪

针对以上不足，结合外界因素及喷枪的特定功能，设计如图4所示的喷枪结构。该喷枪由枪体、螺旋状叶片、放射状叶片、空气压缩管等附件组成。放射状叶片在从气源入口进入的压缩空气的作用下做旋转运动，同时带动螺旋状叶片旋转，由涂料入口进入的涂料在螺旋状叶片的作用下被送到枪口，在内部压缩空气的作用下雾化，且以一定的速度喷出。与传统喷枪相比，这种喷枪雾化作用强，效率高，不易阻塞喷管。

图4压缩空气喷枪新结构

4 控制系统设计

4.1气动原理设计

气动系统与液压系统不同[5-6]：液压传动容易实现无级变速，传递运动平稳，承载能力大，元件使用寿命长，易于实现自动化；气动传动的工作介质容易获取，输出力和速度调节容易，维修方便，使用安全，适用于高速轻载的场合。液压系统不容易实现远距离传递动力，当油温变化时，液压油黏度的变化会影响系统的稳定性。铸造机全长约30 m，因此选择气动系统构成回路。气动系统由气源、压力表、截止阀、三联件(分水滤气器、减压阀、油雾器)、消声器、节流阀、电磁换向阀、气缸等组成。新型喷枪的控制气缸一直处于工作状态，慢进快退，因此，需要1个二位五通的电磁换向阀和2个单向节流阀构成调速回路，以控制气缸速度。新喷枪气动原理图如图5所示。

4.2电气系统设计

由被控制对象分析PLC控制系统的功能要求，通过气缸与油缸的动作，确定输入端子共20个，输出端子共18个，由于输入、输出的点数要留出10%～15%的备用量，因此选择芯片型号为C40P的可编程控制器[7-8]。新喷枪电气原理图如图6所示。

图5新喷枪气动原理图

图6 新喷枪电气原理图

5 结束语

铝锭连续铸造机的喷涂系统主要作用是，使铸模中的液体铝转化为固态铝锭时能与铸模有效分离，而不会产生任何粘连。喷涂系统的稳定工作直接影响脱模的难易和铝锭的质量。笔者采用特殊的运动关系和特殊的喷枪结构实现了结构优化，喷涂方便，雾化效果好，喷涂效率高，故障率低，成本低。

[1] 赵建军.20 Kg铝锭铸造机技术性能分析[J].甘肃冶金,2004,26(4):57-59.

[2] LAITINEN E, NEITTAANMAKI P. On numerical simulation of the continuous casting process[J]. Journal of Engineering Mathematics,1988,22(4):335-354.

[3] 孔凌嘉,王晓力,王文中.机械设计[M].北京:北京理工大学出版社,2013:122-123.

[4] 罗惕乾.流体力学[M].北京:机械工业出版社,2003:129-133.

[5] 董林福,赵艳春.液压与气压传动[M].北京:化学工业出版社,2006:73-74.

[6] 陶亦亦.机械设备液压气动控制技术[M].南京:东南大学出版社,2001:155-160.

[7] 华红艳.电工电子技术基础[M].北京:中国电力出版社,2005:130-135.

[8] 何国金.机械电气自动控制[M].重庆:重庆大学出版社,2002:68-70.

〔责任编辑： 卢 蕊〕

Structuredesignofsprayingsystemforaluminiumingotcastingmachine

JIA Jianguo

(Product Research and Development Department, Jiangsu Huatong Power Heavy Industry Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China)

Spray system as part of the casting machine plays a key role in mold release of gating system. Casting mould inner cavity must be sprayed evenly in order to demould easily. The existing spraying method and the structure of spray gun are analyzed, using the principle of relative movement to design a new spraying method, a new structure of spray gun and a corresponding control system. Compared with the existing way and structure, the new spraying method and the structure of spray gun have advantages of high efficiency and low cost.

aluminum ingots casting machine; spray systems; spray gun; controlling system

2017-04-10

贾建国(1977—)，男，江苏镇江人，工程师，主要从事工程机械设计研究。

TH137

： A

：1008-8148(2017)03-0053-03